007 Capituloiv Memoria de Calculo

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CAPITULO IV – MEMORIA DE CÁLCULO Y DIMENSIONAMIENTO 1 CAPITULO IV MEMORIA DE CÁLCULO Y DIMENSIONAMIENTO Es importante mencionar que todos los proyectos de este tipo, serán distintos por las variables que en el intervienen. Ninguna fuente de agua tiene la misma altura y aforo, además, el área de terreno que se desea cultivar, tipo de cultivo, numero de personas que desean participar serán diferentes. Por ello el trabajo es guía de cómo se debe dimensionar el sistema, proporcionando los pasos de manera sistemática y explicativa. Se facilitan datos importantes relevantes para la especificación de este sistema en el municipio involucrado. Para elegir a la comunidad de estudio, se deberán considerar los siguientes puntos: La región debe ser eminentemente agrícola, tener posibilidades de implementar tecnologías nuevas como referencia para otras comunidades que también puedan utilizarla en el futuro. Para realizar el estudio del municipio se realizarán visitas a las distintas comunidades, esto para recopilar los datos necesarios por medio de hojas de levantamiento de datos, se harán cuestionamientos a agricultores interesados en proyectos de riego. Para dimensionar el sistema completo, tanto el sistema de bombeo fotovoltaico y sistema de mini riego, se deberá realizar un estudio técnico para identificar los requerimientos de capacidad exigida, además de los requerimientos para hacer funcionar el sistema. Se identificarán los componentes de cada uno de los sistemas y se dimensionará el sistema, con la utilización o no, de las ecuaciones y las tablas que se presentaran en esta investigación. Para evaluar la rentabilidad de la implementación de este sistema se deberán utilizar herramientas financieras como el VAN y el TIR.

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Evapotranspiracion

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CAPITULO IV – MEMORIA DE CÁLCULO Y DIMENSIONAMIENTO

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CAPITULO IV

MEMORIA DE CÁLCULO Y DIMENSIONAMIENTO

Es importante mencionar que todos los proyectos de este tipo, serán distintos por las

variables que en el intervienen. Ninguna fuente de agua tiene la misma altura y aforo,

además, el área de terreno que se desea cultivar, tipo de cultivo, numero de personas que

desean participar serán diferentes. Por ello el trabajo es guía de cómo se debe dimensionar

el sistema, proporcionando los pasos de manera sistemática y explicativa. Se facilitan datos

importantes relevantes para la especificación de este sistema en el municipio involucrado.

Para elegir a la comunidad de estudio, se deberán considerar los siguientes puntos:

La región debe ser eminentemente agrícola, tener posibilidades de implementar

tecnologías nuevas como referencia para otras comunidades que también puedan

utilizarla en el futuro.

Para realizar el estudio del municipio se realizarán visitas a las distintas

comunidades, esto para recopilar los datos necesarios por medio de hojas de

levantamiento de datos, se harán cuestionamientos a agricultores interesados en

proyectos de riego.

Para dimensionar el sistema completo, tanto el sistema de bombeo fotovoltaico y

sistema de mini riego, se deberá realizar un estudio técnico para identificar los

requerimientos de capacidad exigida, además de los requerimientos para hacer

funcionar el sistema.

Se identificarán los componentes de cada uno de los sistemas y se dimensionará el

sistema, con la utilización o no, de las ecuaciones y las tablas que se presentaran en

esta investigación.

Para evaluar la rentabilidad de la implementación de este sistema se deberán utilizar

herramientas financieras como el VAN y el TIR.

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CAPITULO IV – MEMORIA DE CÁLCULO Y DIMENSIONAMIENTO

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Teniendo la información se procederá al análisis e interpretación de la misma,

utilizando cálculos matemáticos, financieros y físicos.

A continuación se muestran los pasos para dimensionar el sistema de bombeo solar

aplicado a sistemas de mini riego para el cultivo de haba. Las ecuaciones explican cada una

de los pasos que se deben realizar, para la aplicación de sistemas de mini riego en el

municipio de Betanzos (distante a 43 km de la ciudad de Potosí), para lo cual se tienen que

considerar variables como lo son las del cálculo del caudal necesario y el calendario de

riego.

1. Cantidad de Agua Necesaria Para el municipio de Betanzos, comunidad seleccionada para realizar el estudio, el

requerimiento máximo de agua se da durante la época de invierno debido a que es cuando

menos llueve. En el municipio de Betanzos, los primeros cultivos se realizan a mediados del

mes de Julio, obteniendo la cosecha aproximadamente a mediados del mes de enero donde

empieza nuevamente el ciclo vegetativo.

Por lo anterior se realizaran los cálculos de requerimientos hídricos asumiendo que se

sembrara en el mes de julio para lograr una cosecha antes del mes de febrero, esto es por

que la época de desarrollo de la planta coincide con los meses de menos precipitación

pluvial en la cual se requiere mas agua1.

El mes crítico para dimensionar el sistema de bombeo solar dependerá del tipo de

cultivo, el clima del lugar y de la época del desarrollo en la que se encuentre la planta, por lo

que los cálculos realizados fueron obtenidos en base al método de Penman – Monteith.

A continuación se presentan la información recopilada en tablas, y las consideraciones

necesarias para el desarrollo del cálculo y dimensionamiento del sistema fotovoltaico.

1 Véase el Anexo A2 – Cultivo del Haba.

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CAPITULO IV – MEMORIA DE CÁLCULO Y DIMENSIONAMIENTO

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Tabla 4.1 Datos Climáticos para el municipio de Betanzos por mes

MES Temperaturas Promedio ºC

Del Año 2007 HR %Velocidad Del Viento

m/s Máxima Mínima Media

Enero 18.1 4.2 11.5 48 2.2 Febrero 17.4 3.8 10.6 49 2.0 Marzo 17.7 2.9 10.3 46 2.0 Abril 18.6 1.1 9.85 41 2.4 Mayo 15.7 -2.0 6.85 41 2.5 Junio 16.3 -2.3 7.0 38 2.7 Julio 14.4 -4.5 4.95 39 2.8 Agosto 17.6 -2.4 7.6 38 2.7 Septiembre 16.5 -0.5 8.0 39 2.6 Octubre 19.4 0.6 10 34 2.5 Noviembre 17.9 1.6 9.25 34 2.5 Diciembre 16.7 2.4 9.55 40 2.3

Fuente: Elaboración propia en base a datos del SENAMHI.

Tabla 4.2 Datos de precipitación pluvial mensual e insolación diaria en el municipio de

Betanzos

Mes

Precipitación Pluvial Total

acumulado Mes en mm. (2007)

Insolación expresada en horas diarias.

(2007)

Enero 70.8 7.3 Febrero 19.6 8.0 Marzo 19.0 9.1 Abril 6.4 8.6 Mayo 0.0 7.3 Junio 0.0 8.2 Julio 0.0 8.9 Agosto 2.4 9.0 Septiembre 14.0 9.4 Octubre 21.8 9.5 Noviembre 39.9 8.8 Diciembre 26.2 8.4

Fuente: Elaboración propia en base a datos del SENAMHI

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Figura 4.1 Croquis del Área de Cultivo Considerado en la Comunidad de Betanzos

Fuente: Elaboración propia.

Tal como se vio en el capitulo III, el cálculo de la Evapotranspiración de Referencia

puede ser llevado adelante en forma bastante precisa con sólo contar con los valores de

termometría de cualquier zona, y con el objetivo de facilitar el procedimiento de cálculo de la

Et0 se han desarrollado planillas de cálculo, basadas en la ecuación 4.1, estas planillas

pueden ser utilizadas bajo diferentes condiciones de accesibilidad de datos (los valores

marcados en color, son los que se deben variar).

. · ∆ ·∆ .

. . 1

Los resultados obtenidos se detallan de la siguiente manera:

1 Fuente: Cálculo del Área Bajo Riego Optimo (ABRO), Componente de Asistencia Técnica del Programa Nacional de Riego, 13 de febrero 2002, Cochabamba, Bolivia.

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PLANILLA DE CÁLCULO DE LA ET0 CUANDO SOLO SE CUENTA CON LA TEMPERATURA MAXIMA Y MINIMA

MES Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Sept. Octubre Nov. Diciembre Temperatura Min,(grados centígrados) 4,200 3,800 2,900 1,100 -2,000 -2,300 -4,500 -2,400 -0,500 0,600 1,600 2,400 Temperatura Max, (grados centígrados) 18,100 17,400 17,700 18,600 15,700 16,300 14,400 17,600 16,500 19,400 17,900 16,700 Temperatura Media (grados centígrados) 11,150 10,600 10,300 9,850 6,850 7,000 4,950 7,600 8,000 10,000 9,750 9,550 Temperatura Absoluta 284,150 283,600 283,300 282,850 279,850 280,000 277,950 280,600 281,000 283,000 282,750 282,550 Constante de Boltzmann 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 es (Tmin) (Presión de saturación máxima) 0,825 0,802 0,753 0,662 0,527 0,516 0,437 0,512 0,589 0,638 0,686 0,726 es (Tmax)(Presión de saturación mínima) 2,080 1,990 2,028 2,146 1,786 1,856 1,643 2,015 1,880 2,256 2,054 1,904 es media 1,453 1,396 1,390 1,404 1,157 1,186 1,040 1,264 1,234 1,447 1,370 1,315 ea (De la Temperatura mínima) 0,825 0,802 0,752 0,661 0,527 0,516 0,437 0,512 0,589 0,638 0,686 0,726 Rad. Extraterrestre(Anexo B3, Tabla B3.1) 41,9 40 36,6 31,3 26,6 24,1 25 28,9 34,2 38,6 41,2 42,1 Clear Sky solar 33,520 32,000 29,280 25,040 21,280 19,280 20,000 23,120 27,360 30,880 32,960 33,680 Velocidad del viento (m/s) 2,000 2,000 2,000 2,000 2,000 2,000 2,000 2,000 2,000 2,000 2,000 2,000 Radiación Global calculada 24,994 23,602 22,528 20,950 17,906 16,630 17,390 20,679 22,562 26,778 26,614 25,472 Ctte. Boltzmann*T^4 32,078 31,826 31,712 31,563 30,253 30,336 29,467 30,627 30,737 31,657 31,494 31,370 0.34 - 0.14raiz(ea) 0,213 0,215 0,219 0,226 0,238 0,239 0,247 0,240 0,233 0,228 0,224 0,221 1.35 * Rs/Rso-0.35 0,657 0,646 0,689 0,779 0,786 0,814 0,824 0,857 0,763 0,821 0,740 0,671 0.77*Rs 19,246 18,174 17,347 16,131 13,787 12,805 13,390 15,923 17,372 20,619 20,493 19,614 Rn 14,762 13,763 12,573 10,568 8,121 6,889 7,384 9,625 11,917 14,691 15,270 14,968 G 0,074 -0,060 -0,052 -0,242 -0,200 -0,133 0,042 0,214 0,168 0,123 -0,032 0,098 Rn - G 14,689 13,822 12,626 10,809 8,320 7,022 7,342 9,411 11,749 14,569 15,302 14,870 Delta 0,088 0,085 0,084 0,082 0,068 0,069 0,061 0,071 0,073 0,082 0,081 0,080 Gamma (Anexo B3, Tabla B3.3) 0,047 0,047 0,047 0,047 0,047 0,047 0,047 0,047 0,047 0,047 0,047 0,047 Termino Radiactivo Delta 0,530 0,522 0,517 0,511 0,466 0,468 0,437 0,477 0,483 0,513 0,509 0,506 Termino Radiactivo Gamma 0,280 0,285 0,287 0,291 0,318 0,317 0,335 0,311 0,308 0,290 0,292 0,294 900 / T absoluta. 3,167 3,173 3,177 3,182 3,216 3,214 3,238 3,207 3,203 3,180 3,183 3,185 es - ea 0,628 0,594 0,638 0,742 0,629 0,670 0,602 0,752 0,645 0,809 0,684 0,589

ET0 4,288 4,016 3,830 3,629 2,868 2,705 2,617 3,333 3,588 4,541 4,452 4,174

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CAPITULO IV – MEMORIA DE CÁLCULO Y DIMENSIONAMIENTO

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La información de la planilla está calculada para el municipio de Betanzos, y es el

mismo para cualquier tipo de cultivo, en concreto la Et0 (mm/día). Lo que define la cantidad

de agua final de la siembra es el coeficiente Kc y la duración de días del ciclo vegetativo.

El paso siguiente es identificar la duración del periodo de desarrollo del cultivo,

dividiéndolo en sus etapas correspondientes e identificando el coeficiente de cultivo (véase el

Anexo A2) de cada etapa.

Tabla 4.3 Periodos y Etapas del Ciclo Vegetativo del Haba

ETAPAS 

PERIODO VEGETATIVO (DURACION DE DIAS) 

21‐Julio al            19‐Diciembre 

DEL  AL 

Emergencia  15  21‐jul  05‐ago Crecimiento 30  06‐ago  05‐sep Floración  85  06‐sep  29‐nov 

Madurez  20  30‐nov  19‐dic 

Fuente: Elaboración propia en base a datos del Anexo A2.

Posteriormente, se debe calcular la evapotranspiración de un cultivo determinado

expresado en mm por día, con la ecuación siguiente:

· . . 1

Para la evapotranspiración de un cultivo determinado (Et), debe encontrarse un

promedio mensual de aplicación (Et del mes correspondiente), por lo que se debe sumar el

Et de cada uno de los días del mes y dividirlo dentro de los días totales del mes, este dato

será el que se aplica mensualmente y será el que nos servirá para identificar el mes crítico

(requerimiento hídrico máximo), para el cual diseñaremos el sistema completo. (Véase la

tabla 4.4)

1 Fuente: Cálculo del Área Bajo Riego Optimo (ABRO), Componente de Asistencia Técnica del Programa Nacional de Riego, 13 de febrero 2002, Cochabamba, Bolivia.

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CAPITULO IV – MEMORIA DE CÁLCULO Y DIMENSIONAMIENTO

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Tabla 4.4 Cálculo de las Necesidades Diarias de Riego

Etapa Fecha  Días 

Mes Et0 

(mm/día) Kc*Et 

(mm/día)

Et mensual (días del mes) 

Necesidades por mes (mm/mes) 

Necesidad Diaria 

(mm/día)Del  Al 

Emergencia 21‐jul  31‐jul  11  2,617  0,48 1,26  13,82  Julio  13,82  1,26 01‐ago  05‐ago  5  3,333  0,57 1,90  9,50 

Agosto  58,89  1,90 Crecimiento 

06‐ago  31‐ago  26  3,333  0,57 1,90  49,40 01‐sep  05‐sep  5  3,588  0,92 3,30  16,50 

Septiembre  99,03  3,30 

Floración 06‐sep  30‐sep  25  3,588  0,92 3,30  82,52 01‐oct  31‐oct  31  4,541  0,86 3,91  121,06  Octubre  121,06  3,91 01‐nov  29‐nov  29  4,452  0,81 3,61  104,58  Noviembre  104,58  3,61 

Madurez  30‐nov  19‐dic  20  4,174  0,81 3,38  67,62  Diciembre  67,62  3,38 

* Los valores de Kc fueron tomados del Anexo B2. Fuente: Elaboración propia. Se puede concluir que para la comunidad de Betanzos, para el cultivo de haba, el mes crítico

es el mes de octubre, debido a que en este se requiere 3.91 mm/día de agua, en el área de

cultivo.

2. Tiempo De Riego Identificado el tipo de cultivo, y puesto que la cinta de riego tiene una separación variable

entre goteros, las distancias de separación para el haba1 debe ser de no mas de 0.40 m

entre goteros, con una separación entre plantas de 0.8 m.

Según las especificaciones de los fabricantes de cintas2, se puede considerar que

para una presión de 6 metros de columna de agua, se obtendrán 2 litros/hora-metro,

conociendo las dimensiones del terreno se calculó cuanta cinta de riego se va a necesitar.

La cantidad de cinta en metros se multiplica por el caudal por metro y se obtiene el

caudal total de las cintas sobre el terreno, posteriormente para el cálculo del tiempo de riego,

se calculó el área real de riego considerando que la eficiencia de riego es del 90%, con un

porcentaje de área húmeda del 75%.

1 Datos extraídos de: Manual del Haba, publicado por JICA y el Ministerio de Agricultura de Bolivia. 2 Véase el Anexo D – Catálogos de Fabricantes presentes en Bolivia, Cintas de Riego.

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CAPITULO IV – MEMORIA DE CÁLCULO Y DIMENSIONAMIENTO

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· % % . 4.31

El tiempo de riego debe ser calculado con la ecuación siguiente:

·

· . 4.4

Tabla 4.5 Cálculo del tiempo de Riego e identificación del mes crítico

Tipo de cultivo 

Área de riego  75 x 50 m2 

Caudal cinta de riego (litro/hora*metro) 

Cantidad de cinta 

de riego m

Caudal total (m3/h) 

Eficiencia de riego 

% de área 

mojada

Área real de riego 

m2 Haba  3750  2  4380  8760  95  75  2960.5 

Mes de Riego 

ET (mm/día) 

Tiempo de riego 

 Horas/día Tiempo de riego  minutos/día 

VARD (litros/día) 

VARD  m3/día 

Julio  1,26  0,42  25  3718,9  3,72 Agosto  1,90  0,64  39  5624,4  5,62 

Septiembre  3,30  1,12  67  9772,6  9,77 Octubre  3,91  1,32  79  11561,6  11,56 Noviembre  3,61  1,22  73  10676,0  10,68 Diciembre  3,38  1,14  69  10009,4  10,01 

Fuente: Elaboración propia.

De la tabla anterior se puede deducir que se requerirá un tanque de almacenamiento de

12,000 litros. Siendo este el volumen de agua requerido por día (VARD), calculado con la

siguiente ecuación:

í í · . 4.5

1Sandia National Laboratories y Southwest Technology Development Institute (2001). Guía para el desarrollo de proyectos de bombeo de agua con energía solar fotovoltaica. Libro de consulta.

Page 9: 007 Capituloiv Memoria de Calculo

CAPITULO IV – MEMORIA DE CÁLCULO Y DIMENSIONAMIENTO

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3. Elevación del Tanque de Agua El sistema de riego a utilizar es el de goteo por medio de cintas, esto es debido a que es

un sistema económico y que trabaja con bajas presiones1 (0.5 a 4 bares). El fabricante

brinda la presión de trabajo de la cinta de riego y el caudal que brinda el gotero con esta

presión, sin embargo se deben considerar las pérdidas por fricción para la elevación del

tanque. La elevación del tanque debe considerar la presión de trabajo de la cinta de riego,

mas las perdidas de que se dan en las tuberías de conducción, más las perdidas que se dan

en cada uno de los accesorios, mas las perdidas generadas en la cinta de riego.

í ó . 4.62

Para realizar este cálculo se debe identificar los siguientes datos:

Viscosidad cinemática del agua3 a 10 ºC: µ = 1.31 x 10^-6 [m2/s].

Tabla 4.6 Rugosidad absoluta para tuberías de HDPE P1004

D (mm) ε (mm) <= 200 0,01 > 200 0,025

Fuente: Documento de Texto basado en normas ISO 4427 - 4065.

Estos datos permitirán desarrollar el cálculo del factor de fricción en las tuberías5.

Tabla 4.7 Cálculo del factor de fricción en las tuberías de conducción

1 Véase el Anexo D – Catálogos de Fabricantes presentes en Bolivia. 2 Sandia National Laboratories y Southwest Technology Development Institute (2001). Guía para el desarrollo de proyectos de bombeo de agua con energía solar fotovoltaica. Libro de consulta. 3 Véase el Anexo B1 – Variación de la Viscosidad del agua con la temperatura. 4 De acuerdo a la normativa ISO, la designación del material (por ejemplo, PE 100) se relaciona con el nivel de Resistencia Mínima Requerida, MRS (Mínimum Required Strength) que se debe considerar en el diseño de tuberías para la conducción de agua a 20 ºC, por un tiempo de servicio de al menos 50 años. 5 Las ecuaciones para el cálculo están documentadas en el Capitulo II.

Tubería Diámetro (mm) 

Velocidad (m/s) 

Sección Tubería (m2)

Caudal (litros/hora)

Longitud (m) 

Nº de Reynolds  ε/D 

Factor de fricción f 

Cinta   16,5  0,19  0,000214  146  73  2299,4  0,000606 0,04921 Múltiple  38,1  2,13  0,001140  8760  48  59748,6  0,000262 0,02106 

Principal  38,1  2,13  0,001140  8760  8  59748,6  0,000262 0,02106 

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CAPITULO IV – MEMORIA DE CÁLCULO Y DIMENSIONAMIENTO

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Los diámetros de tubería en los distintos tramos se determinan en función del gasto de

bombeo, pudiendo seleccionarse conforme a la siguiente tabla:

Tabla 4.8 Diámetros Recomendados según el Caudal

Fuente: Curso de Sistemas de Bombeo – Características y dimensionamiento por J. W. Wekker V.; Junio de 2004. PDF El caudal de la cinta de riego fue determinado siguiendo el principio que rige a las tuberías

ramificadas:

º 8760

60146

Tabla 4.9 Cálculo de perdidas de carga en accesorios1 y tuberías

Perdidas de carga en Accesorios Hf (m) 

Denominación  Cantidad 

Codos 90  3  0,435 

 Te  1  0,406 

Total  4  0,842 

Perdidas de carga Totales  Hf (m) 

Cinta de Riego  0,3992 Tubería Múltiple  6,1616 Tubería Principal  1,0269 

Accesorios  0,8416 Presión de trabajo  5,0986 

Elevación del tanque     13,5 

Fuente: Elaboración propia.

1 La determinación de la cantidad de accesorios fue hacha en base a la figura 4.1.

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CAPITULO IV – MEMORIA DE CÁLCULO Y DIMENSIONAMIENTO

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Verificando la variación de caudal aceptable, entre el primer gotero y el último gotero:

Perdida de carga real en la cinta de riego 

hf (m)  Hf = hf*F  Hfo  Hf < Hfo 

0,39916  0,13440  1,01972  SI  De no cumplir esta condición se debe usar un diámetro de cinta más grande hasta que se

cumpla.

4. Cálculo del Sistema Solar A continuación se presentan las ecuaciones usadas para dimensionar el sistema solar,

compuesto por una bomba, tuberías y accesorios de conducción (se deberá determinar las

perdidas de carga en estos), paneles solares y distintos accesorios de control de carga

(estos solo serán seleccionados en función a parámetros calculados para este fin).

Caudal del sistema de bombeo:

/ í

ó / í . 4.71

Carga Dinámica Total:

í . 4.8

Previo cálculo se recopilaron algunos datos que ya fueron presentados antes.

Información del Lugar 

Comunidad  BetanzosCaudal requerido (m3/día)  11,56 

NE fuente‐terreno  (m)  8 

Insolación mes critico  (h/día) 9,5 

Longitud de transporte (m)  200 

Fuente: Elaboración propia.

1 Sandia National Laboratories y Southwest Technology Development Institute (2001). Guía para el desarrollo de proyectos de bombeo de agua con energía solar fotovoltaica. Libro de consulta.

Page 12: 007 Capituloiv Memoria de Calculo

CAPITULO IV – MEMORIA DE CÁLCULO Y DIMENSIONAMIENTO

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Datos Complementarios 

Temperatura Promedio (°C ) 8,78 

µ (m2/S) X 10^‐6  1,361 

ε (mm)  tuberías de HDPE  0,01  Fuente: Elaboración propia.

Para el cálculo de perdidas en los accesorios se usó el método de longitud

equivalente y no así la formula presentada en el Capitulo II. Los ábacos y tablas para

desarrollar este método se presentan e el Anexo B3 al final del documento.

Tabla 4.10 Cálculo de Pérdidas por Conducción al Tanque

Accesorio  CantidadLongitud 

equivalente (m) Sub Total 

*Codo 90°  6  0,572  3,43 Válvula  mariposa 2  6,668  13,34 

Válvula de retén  1  1,905  1,91 

Total  18,67 

* Véase la figura 4.1 para identificar el número de componentes

CSB (m3/hora) 

CSB        (Litros /s) 

Diámetro (mm) 

Velocidad (m/s) 

Longitud (m) 

Nº de Reynolds  ε/D 

Factor de fricción f 

1,217  0,34  38,1  0,297  282,20  8300,8  0,000262  0,03303 

(NE + CDT + AT)*  23,53 

Pérdidas  Conducción hf tub + hf acc.  (m)  1,10 

CDT bombeo (m)  24,62 

*AT es la altura del tanque elevado, siendo este prismático. Fuente: Elaboración propia.

4.1 Selección de la Bomba

Para esto se requiere tanto del Caudal del sistema de bombeo (CSB) como de la carga

dinámica total de bombeo (CDT bombeo). Con dichos datos se seleccionó la bomba del

catálogo adjunto en el Anexo F, marca GRUNDFOS, presente en Bolivia a través de SIE

Page 13: 007 Capituloiv Memoria de Calculo

CAPITULO IV – MEMORIA DE CÁLCULO Y DIMENSIONAMIENTO

13

(Servicios Integrales Energéticos), esta bomba puede trabajar con voltajes de 30 a 300

voltios DC.

Los datos de la bomba requeridos para la selección del modulo fotovoltaico se resumen

en el siguiente cuadro:

Cuadro 4.1 Información de la bomba

Marca y modelo Grundfos SQF 2.5 – 2 (N)

Tipo de bomba Centrifuga

Tipo de motor MSF 3 (N)

*Voltaje de operación (VNS) (CA - CC)

30 – 300 CC

*Eficiencia de la bomba (µ) 47 %

* Esta información es de suma importancia para la especificación de los módulos fotovoltaicos. Fuente: Elaboración propia en base al catalogo del Anexo D.

4.2 Selección del Modulo Fotovoltaico

En el mercado nacional los provee SIE, de la marca SOLARTEC; este modulo presenta

las siguientes características:

Cuadro 4.2 Información del módulo fotovoltaico

Marca y modelo SOLARTEC KS25

Tipo Poli cristalino

*VPM 17.4 V

*IPM 1.44 A

V 0C 21.7 V

I SC 1.57 A

* Información importante para la realización de los cálculos siguientes. Fuente: Elaboración propia en base al catalogo del Anexo D.

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CAPITULO IV – MEMORIA DE CÁLCULO Y DIMENSIONAMIENTO

14

4.3 Tamaño del Arreglo Fotovoltaico Para determinar el mismo se requieren las siguientes ecuaciones:

Energía del Arreglo Fotovoltaico:

í / í ·

/ · % . 4.91

Intensidad de Corriente del Arreglo Fotovoltaico:

/ í· % · ó / í

. 4.101

Nº de Módulos en Paralelo

º % ·

. 4.111

Nº de Módulos en Serie:

º

. 4.121

Número Total de Módulos del Arreglo Fotovoltaico:

º º ó . 4.131

Tamaño Del Arreglo Fotovoltaico:

º ó . 4.141

El caudal calculado antes (CSBD), nos brindo una magnitud según los requerimientos

físicos del sistema de riego, sin embargo el caudal teórico bombeado por el sistema se

calcula de la siguiente manera:

í % / / í

. 4.15

1 Sandia National Laboratories y Southwest Technology Development Institute (2001). Guía para el desarrollo de proyectos de bombeo de agua con energía solar fotovoltaica. Libro de consulta.

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CAPITULO IV – MEMORIA DE CÁLCULO Y DIMENSIONAMIENTO

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Con un Régimen de Bombeo por Hora determinado por:

/ í

ó / í . 4.161

Tabla 4.11 Resultados de Cálculo

Factor de conversión (litros‐m/Wh)  367 

Factor rendimiento del conductor  %  95 

Energía Requerida  (Wh/día)  1551,48 

Corriente Requerida  (A)  5,73 Nº de Paneles en Paralelo  4 

Nº de Paneles en Serie  2 Nº de Módulos del arreglo FV  8 

Potencia del arreglo  FV (W)  200,4 CSBT (litros/día)  12170,1 

Régimen bombeo (litros/h)  1281,1 

Fuente: Elaboración Propia

Resumen del sistema Para la comunidad de Betanzos, cultivando haba, se requerirá una bomba Grundfos

SQF 11A -3 (N) accionada por un arreglo de 10 paneles de 25 Watts. Se requiere para este

sistema un control CU 200, cable para interconexión, medidor de nivel del tanque, estructura

para paneles. Este sistema brindara teóricamente 12.2 m3/día.

1Sandia National Laboratories y Southwest Technology Development Institute (2001). Guía para el desarrollo de proyectos de bombeo de agua con energía solar fotovoltaica. Libro de consulta.